(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を支持する台を含む反応チャンバと、前記台の反対側にありその上方に平行に設けられ、複数の貫通孔と、前記孔の、前記台とは反対方向である上方、かつ外側に延びるリムを有するシャワーヘッド面板部材であって、前記孔は前記シャワーヘッド面板部材を含むシャワーヘッドアセンブリ内から前記基板に隣接する処理領域へ処理ガスを輸送する、シャワーヘッド面板部材と、底側では前記シャワーヘッド面板部材に固定され、上側では冷却液を通す渦巻き型の経路が形成された冷却板と、 前記シャワーヘッド面板部材を前記反応チャンバの側壁から電気的に絶縁するリッドアイソレータを備え、前記冷却板と前記シャワーヘッド面板部材との接触箇所が前記リッドアイソレータの上部にまで及ぶ化学気相堆積装置。
【請求項２】
前記渦巻き型の経路が、少なくとも１つのＵ形の屈曲部を含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記渦巻き型の経路が、少なくとも３つのＵ形の屈曲部を含む、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記渦巻き型の経路が、前記冷却板の中心から円周方向に延び、前記Ｕ形の屈曲部を接続する部分を含む、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記渦巻き型の経路によって、前記冷却液が前記渦巻き型の経路で乱流となる、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記シャワーヘッド面板部材が、前記処理領域で前記処理ガスを励起してプラズマを形成するように、ＲＦ電力を受ける、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記冷却板が、前記冷却板と前記シャワーヘッド面板部材の前記リムとが接触する領域で前記シャワーヘッド面板部材に固定される、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記冷却板が、少なくとも前記シャワーヘッド面板部材がある限り横方向に延びる、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
ガスキャビティが、前記シャワーヘッド面板部材の上部に形成され、前記冷却板と前記シャワーヘッド面板部材との間の接触領域が、前記リッドアイソレータから前記ガスキャビティに延びる横方向の領域と少なくとも同じ大きさである、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記冷却板の上部に接合され、前記渦巻き型経路の上部を密閉するカバープレートをさらに備える、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記台の周辺部に棚状突起が形成され、更に前記棚状突起上に取り付けられた熱分離リングアセンブリを備え、
前記アセンブリは、前記アセンブリの上部にある概して平坦な上側表面を有する縁リングと、前記縁リングと前記台との間に設けられ、前記棚状突起の内側の壁を覆う内側上方に延在する円筒状部分と、前記台の外側側壁を覆う外側下方に延在する部分と、前記内側上方に延在する円筒状部分と前記外側下方に延在する部分との間に延在し、かつ前記棚状突起の上側表面を覆う接続リング部分を有するＺ型の環状熱シールドとを備え、
前記縁リングと前記Ｚ型の環状熱シールドとの間、及び前記Ｚ型の環状熱シールドと前記台との間のそれぞれにギャップが形成された、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記熱分離リングアセンブリが、前記アセンブリと前記台との間で３点支持を含む、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記縁リングが、導電性材料からなり、前記熱分離リングアセンブリと前記台にそれぞれ点接続を有する屈曲した電気ストラップをさらに備える、請求項１１又は１２記載の装置。
【請求項１４】
前記縁リングと前記Ｚ型の環状熱シールドとの間のギャップに配置された上側アイソレータリングをさらに備える、請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願】
本出願は、１９９７年１２月２日に出願された米国特許出願第０８／９８２，７２７号の一部継続出願である。また、本出願は、１９９７年１２月２日に出願された米国特許出願第０８／９８２，９４４号に関するものであり、さらに同日に出願された米国特許出願第０９／０２３，４３７号および第０９／０２３，８６６号に関する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、プラズマリアクタおよびその動作に関する。さらに詳しく言えば、本発明は、プラズマ化学気相堆積を行うことが可能なリアクタに関する。
【０００３】
【従来の技術】
高度な半導体集積回路において、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法は、重要かつ非常に実用的な成膜方法である。ＰＥＣＶＤでは、減圧で維持された反応チャンバ内に、前駆体ガスが入り、高周波数（ＲＦ）の振動性電気エネルギーがチャンバに印加されて、ガスを励起してプラズマを形成する。ガスは、プラズマに対して露出したウェーハの表面と反応して、前駆体ガスから誘導された組成からなる膜をウェーハ上に形成する。
【０００４】
シリコン集積回路でおそらく最も広く使用されているＰＥＣＶＤには、シリカまたは単に酸化物としても呼ばれる二酸化シリコン（ＳｉＯ2）の堆積が含まれる。酸化物は、例えば、電気的に内部接続した層間の絶縁層を形成する。ＰＥＣＶＤにより形成される二酸化シリコンの好適な前駆体は、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）である。高温にしてエネルギーを発生させる熱励起プロセスではなく、プラズマが励起エネルギーを供給するため、ＰＥＣＶＤは、酸化物を堆積するのに好適な技術である。したがって、酸化物は、前述した特徴よりも比較的低温で堆積することが可能であるため、酸化物に使用する熱履歴を抑えることができる。
【０００５】
スパッタリング（物理気相堆積またはＰＶＤとも呼ばれる）は、成膜速度が高速で前駆体材料が低コストである理由から、金属および他の導電材料の堆積に広く使用されてきた。しかしながら、スパッタリングは、一般に、衝撃処理であり、配線層間にバイアおよびコンタクトホールが必要なタイプの狭く深い孔を被覆するには困難が伴う。このようなホールを充填するための１つの好適な技術は、最初に、薄いチタン（Ｔｉ）層でホールの壁に沿った形に被覆した後、薄い窒化チタン（ＴｉＮ）層でＴｉで被覆した壁に沿った形に被覆することである。その後にアルミニウムをスパッタリングすると、ホールの中により充填しやすくなる。一般に、ライナと呼ばれるＴｉ／ＴｉＮ層により、チタンと酸化物壁間の密着性が良好になり、さらにＴｉＮは、アルミニウムのマイグレーションに対してバリヤを形成する。
【０００６】
高アスペクト比のホールにほぼコンフォーマルな被覆を堆積するために、スパッタリングを用いることもできるが、これらの層のいずれか１つまたは両方にＣＶＤまたはＰＥＣＶＤを用いるさいには、大変な努力が必要となる。前駆体としてテトラキス−ジメチルアミドチタン（ＴＤＭＡＴ）を用いて、ＴｉＮをＣＶＤで堆積することが知られている。この材料は、室温で液体の金属有機化合物である。ＴＤＭＡＴのＣＶＤ処理法では、好ましくは、約４５０℃の温度で熱分解を行い、続いて、堆積された膜における炭素含有物を除去するためにプラズマ処理をする必要がある。前駆体として四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）を用いて、ＴｉをＣＶＤで堆積することも知られている。ＴｉＣｌ4も、室温で液体であり、気相前駆体を生成するためにバブラまたは液体インジェクタが必要となるが、ＴｉＣｌ4を搬送するガスにエネルギーを与えてウェーハ付近にプラズマを形成することで、ウェーハ上にチタンを堆積させるように反応を活性化させる。
【０００７】
プラズマチャンバにおいて金属層を化学気相堆積すると、誘電体を堆積するために用いるＰＥＣＶＤチャンバでは生じない問題が発生する。ほぼ必然的に、ウェーハ以外のチャンバ部分に、金属の一部が堆積する。金属は、チャンバのさまざまな部分を電気的に絶縁する目的でチャンバの誘電体部材上に堆積する場合もある。最悪の場合には、余分な金属が、ＲＦバイアスされたガスシャワーヘッドをショートさせることもある。被害が最小の場合でも、接地表面の面積が変化することにより、電場が変化して、プラズマの均一性、すなわち堆積の均一性が処理を施している間に変化することになる。したがって、チャンバは、処理領域でのチャンバ部分上に堆積されるあらゆる金属が及ぼす影響を最小限に抑え、かつ処理領域から離れた領域での金属の堆積を最小限に抑えるようにデザインされなければならない。
【０００８】
他者によるごく最近の研究では、主にプラズマ励起により堆積させるにもかかわらず、プラズマ堆積中に比較的高温でウェーハを維持することにより、前駆体としてＴｉＣｌ4を用いてチタンの成膜速度と堆積の均一性を非常に高めることが可能であることが明示されている。ここでの所望の温度範囲は、６００℃から７５０℃の範囲である。これらの温度では、誘電体の堆積でのより低い温度では生じなかった問題がいくつか発生する。
【０００９】
１９９６年７月１２日に出願され、図１に断面図で示したＣＶＤリアクタを開示しており、内容全体を参照により本願明細書に引用した米国特許出願第０８／６８０，７２４号の中で、ザオ等（Ｚｈａｏ  ｅｔ  ａｌ．）は、これらの問題のうち少なくともＴｉＮに関するものをいくつか記載している。この図は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．）から入手可能なＴｉＮｘＺ  ＣＶＤリアクタの特徴を多く示すものである。
【００１０】
上昇させた堆積位置で示したヒータ台１４の表面１２上に、ウェーハ１０が支持されている。下降させた装填位置では、リフト管１７に取り付けたリフトリング１６が、ヒータ台１４内で摺動可能に取り付けた４個のリフトピン１８を持ち上げることによって、ピン１８がリアクタ本体２０の装填固定ポート１９を介してチャンバ内に装填したウェーハ１０を受けることが可能となる。ヒータ台１４は、支持するウェーハ１０を加熱制御する電気抵抗ヒータ２０を含む。ＴｉＮリアクタでの温度は、ヒータ台１４と取り付けたヒータを主にアルミニウムから形成できるほど十分に低いものである。少なくとも、ヒータ台１４の上部を単にヒータと呼ぶことが多い。
【００１１】
上側の堆積位置では、ヒータ台１４は、面板２４の下側面２２の反対側に近接させてウェーハ１０を保持し、ウェーハ１０と表面２２間に処理領域２６を画定する。シャワーヘッドと呼ばれることが多い面板２４は、下側分配キャビティ３０と処理領域２６の間を通じさせて処理ガスが通過できるように表面２２に多数の孔２８を有する。処理ガスは、アルミニウム製の水冷ガス箱板３６の中央に形成されたガスポート３２を通して供給される。ガス箱板３６の上側は、ガスポート３２を含むガス箱板３６の上側部分を取り囲む水冷カバープレート３４により覆われている。ガスポート３２は、ブロッカプレート４０により下側キャビティ３０から分離された上側キャビティ３８に、ブロッカプレートにも多数有する孔４２を通して処理ガスを供給する。キャビティ３０、３８、穿孔したシャワーヘッド２４、およびブロッカプレート４０の目的の１つは、ウェーハ１０の上面全体に処理ガスを均等に分配することである。
【００１２】
図２にシャワーヘッド面２２の部分的平面図で示すように、ＴｉＮｘＺチャンバに設けられた標準的なシャワーヘッドの孔パターンは、少し不規則なものである。ウェーハ１０の周辺をほぼ取り囲む２つの円に、第１の孔４２のセットが配列される。２つの円の内部に六角形の近接して詰めたアレイに、第２の孔４４のセットが配列されている。孔４２、４４の両セットの間隔は同じ値でかつ狭いため、孔の分布はかなり均一なものとなる。ロー等（Ｌａｗ等）は、米国特許第、４，９６０，４８８号公報において、孔が異なる密度をもつシャワーヘッドを開示しているが、異なるガスが２つの孔のセットを通して注入されている。
【００１３】
図１を再度参照すると、単一の円形チャネルまたは周縁凹部４６が、ガス箱板３６の上部に形成され、冷却水カバープレート３４で密封されている。２つの水ポート４８、５０が、ガスポートがあるガス箱板３６の中央部分に形成され、シャワーヘッド２４を冷却するために供給する冷却水用の入口および出口としてそれぞれ作用する。効果的に熱を取り除き、処理の安定性を維持するために、水とグリコールを５０：５０の割合で混合したものが使用されることが多い。このような冷却液および他の冷却液を、以下、冷却水と呼ぶ。ガス箱板３６および冷却水カバープレート３４を含むガス箱は、シャワーヘッド２４のかなり狭い円形の棚状突起５２上に載せ、さらに、冷却水カバープレート３４の外周面とシャワーヘッド２４の上側の環状部の内面との間で、これら２つの温度が異なる可能性があるため、ギャップ５４が形成される必要がある。冷却水がシャワーヘッド２４を冷却すると、プラズマによる加熱やヒータ台１４の抵抗加熱を行っても、シャワーヘッド２４を低温に維持する。これによって、処理ガスがシャワーヘッド２４を覆わないため、孔２８の働きを鈍らせない。
【００１４】
ＲＦ電源６０が、シャワーヘッド２４とガス箱板３６に接続され、接地されたチャンバ本体２４と接地されたヒータ台１４に対して作用して、処理領域２６に処理ガスのプラズマを形成する。シャワーヘッド２４と金属製のリッドリム６６との間に、リッドアイソレータ６４が挿間され、チャンバ本体２０から持ち上げて外し、メインテナンスを行う際にチャンバを開くことができる。リッドアイソレータ６４は、ＲＦバイアスされたシャワーヘッド２４を接地されたチャンバ本体２０から分離するために、電気的に絶縁なセラミック製のものである。ガス箱板３６を支持する棚状突起５２の上方に配置された上側の外側にある底面６８を通して、シャワーヘッド２４のフランジ６５がアイソレータ６４のフランジ６７上に載せられている。ロー等は、前述に引用した特許出願において、シャワーヘッドアイソレータとガス箱板の代替的な配置を開示している。
【００１５】
リアクタ内の真空は、環状ポンプチャネルに連通するリアクタ本体２０のポンププレナム７２に接続された真空ポンプ７０により維持される。図３には、リッドアイソレータ６４、リッドライナ７６、外側シールド７８、チャンバ本体２０内に取り付けられた絶縁チャンバインサートリング８２、およびチャンバインサートリング８２内に取り付けた金属製の内側シールド８４により画定されたポンプチャネル７４がより詳細に示されている。ポンプチャネル７４は、リッドアイソレータ２４と金属製内側シールド８４との間に形成された一直線のチョーク孔８６を通って、処理領域２６に接続されている。ライナ７６、７８は、稼動中、ポンプチャネル７４の壁上に金属が被覆して堆積しないように、簡単に取外し可能である。
【００１６】
ヒータ台１４の上側周縁部に配置された環状の棚状突起９２内に、縁リング９０が配置される。縁リング９０はほぼ円形であるが、ウェーハ１０の平らな部分に合わせて変更してもよい。縁リング９０は、中心合わせリング９０の内側に面する環状の棚状突起９４の縁部に配置された不図示の中心合わせボスにより、ウェーハ１０を中心合わせするように動作する。縁リング９０はまた、ヒータ台１４の棚状突起９２を熱的に分離するように作用し、そうでなければ、ヒータ台１４の上面のウェーハ１９により露出される。リング９０は、ヒータ台１４に固定されるが、縁リング９０の外側の下部アーム１００の底部にある短い半径方向の溝９８内で滑動する３個のセラミックピン９６により支持される。図４の断面等角図により詳細に示されているように、２個の熱分離リング１０２、１０４が、ヘッド部が平坦の留め具１０８により縁リング９０の内側の上部アーム１０６の底部に固定されている。各留め具１０８に配置された２個のワッシャ１１０により、中心合わせリング１００の上側アーム１０６と上側分離リング１０２との間の第１の熱分離ギャップと、２個の分離リング１０２、１０４との間の第２の熱分離ギャップと、下側の分離リング１０４と棚状突起９２の底部との間の第３の熱分離ギャップが設けられる。
【００１７】
熱変動縁リング９０と２個の熱分離リング１０２、１０４の構造により、下地のヒータ台１４から縁リング９０を熱遮蔽しやすくなる。その結果、ウェーハ１０が露出するヒータ台の周縁部は、中央部分よりも実質的に低温で維持され、長期間使用中に望ましくない膜が堆積するのを防ぐ。ヒータ台１４の中央部分では、堆積の均一性をさらに高めるために、温度プロファイルが平坦化される。
【００１８】
上記特徴は、ＣＶＤリアクタの動作、特に、金属またはＴｉＮなどの他の導電体を堆積する動作を改善するためのものであるが、さらなる改善を施すことが望まれる。
【００１９】
ＴｉＮのヒータ台１４は、コスト面からほとんどがアルミニウムで形成されているが、アルミニウムは、台が露出されるプラズマにより浸食されやすいものであり、さらに、縁リング９０がほとんどを占める棚上突起９２の領域においても形成されている。
【００２０】
ヒータ台１４に縁リング９０を組み付けることは、固定しない部品が多数あるため、困難であることが分かっている。
【００２１】
上述したチャンバは、ＴｉＮのＣＶＤを目的としたものであった。Ｔｉを堆積するＣＶＤリアクタには、実質的により高い温度が望まれる。温度が高くなると、シャワーヘッドの温度を低温に保ちながら、ヒータ台とこのヒータ台が支持するウェーハ台の温度プロファイルを均一にすることがさらに困難になる。高腐食性のＴｉＣｌ4を組み合わせた環境で温度をさらに高くすると、ＴｉＣｌ4プラズマに露出されるチャンバの任意の部分がダメージを受けることになる。これらの要素は、ヒータ台のヒータおよびシャワーヘッドを含む。これらの部品は共に非常に高価なもので、可能な限りあらゆる手段を用いて耐用年数を長くすることが特に望まれる。
【００２２】
ＴｉＣｌ4処理及びＴｉＣｌ4がリアクタに入るときの原子化状態に必要な高い温度は、シャワーヘッド領域の温度をより低い値に厳密に制御していなければ、シャワーヘッド領域に窒化チタンを堆積する傾向がある。また、温度がより高いと、チャンバ全体にわたって熱勾配を生じる傾向がある。このような熱勾配があると、堆積の状態が不均一になる。
【００２３】
あらゆる利用可能な手段を用いて、可能な限り均一に堆積を行うべきである。縁部に向かって不均一な状態がある場合、少しより厚みのある層に対して変形を施すべきである。より薄い層に対して変形を施すと、零に近い僅かな厚みのものがウェーハの一部に堆積する危険性があり、それにより、使用可能なチップの歩留まりにかなりの影響を与えることになる。しかしながら、図１から４の改良形のチャンバを用いても、ＴｉＮ層は縁の方向に向かって薄くなる傾向があることが分かっている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
特にチタンおよび窒化チタンなどの導電材料の化学気相堆積などを、特に高温で行うことを目的としたプラズマ反応チャンバに関する本発明の概要について記載する。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チャンバの部品の熱制御を行って、ウェーハを支持するヒータ台の表面にわたって半径方向に温度勾配が生じないようなデザインを含む。
【００２６】
本発明の１つの態様では、ウェーハに近接した場所に穿孔したシャワーヘッドの面板が設けられて、処理ガスをウェーハに注入する。面板は、水冷板により冷却され、この中に、冷却水の乱流を作り出すのに十分な小さな断面と十分な巻き数を有する渦巻き型の水路が形成される。シャワーヘッド部材の周りにあるアイソレータから面板の後方に形成されたガスマニホールドまで延びる水平方向の接触面の両端の距離と少なくとも等しい距離だけ延びることが好ましい水冷却板に、面板が熱結合される。水平方向の接触面は、シャワーヘッドの上面とガス箱の長いフランジに存在する。
【００２７】
本発明の別の態様では、温度勾配や他の影響を補償するために、シャワーヘッドの孔の分布をウェーハの半径にわたって変化させる。通常、これを行うには、外側の縁部にガスの流れを追加し、周縁部に近い孔の全領域の密度を上げる必要がある。孔の形状は、面板の処理側上に比較的大きな直径をもつように修正されてもよい。面板の孔の分布を注意深く適合させることによって、シャワーヘッドの面板の後方にある穿孔したブロッカプレートをなくし、孔の最小断面を大きくすることによって、空力インピーダンスをさげてもよい。
【００２８】
ＴｉＣｌ4を伴うプロセスなど、高腐食性の高温プロセスに応用可能な本発明のさらなる態様では、シャワーヘッドの面板とブロッカプレートは共に、固体ニッケルで形成される。
【００２９】
本発明のさらなる態様では、石英プラズマ封込リングが、ウェーハの外側のヒータ台上に載置され、ヒータ台をさらに保護する。熱の流れを最小限に抑えるため、リングは、リングに形成された下側方向に延びる縁部上のヒータ台上に載置される。処理領域とポンプとの間にある通路が、封込リングとリッドアイソレータ間に形成される。封込リングとリッドアイソレータは、通路を湾曲させ、２つの領域間に一直線の通路が下側方向に存在しないような形状をもつようにする。この態様の変形例では、封込リングは使用しないが、リッドアイソレータの底部を傾斜させることによって、処理領域からポンプチャネルへの処理ガスの下側方向の流れを形成し、この傾斜の長さは、処理領域のプラズマからポンプチャネルを遮蔽するのに十分なものである。
【００３０】
本発明の同類の態様では、ヒータ台をリッドアイソレータと、使用していれば封込リングに対してある高さに位置付けて、好ましくは、傾斜チョーク孔を通して台の縁部にわたって下側に処理ガスが流れるようにする。
【００３１】
本発明のさらなる態様では、熱絶縁性縁リングが、ウェーハのほぼ外側にあるヒータ台の縁に形成された棚状突起の逃げ部に配置される。縁リングは、棚状突起の表面と共にヒータ台の側面の両方から分離されているがそれらを保護するＺ形の熱シールドを含む。縁リングと１以上の熱シールドとの間のギャップは、シールドの側面から突出するブッシングにより維持されることが好ましい。また、縁リングは、２つの部材にねじ締めしたストラップを介してヒータ台に電気的に接地され、例えば、屈曲状に形成するなど、何らかの機械的柔軟性をもたせることが好ましい。
【００３２】
本発明のさらなる別の態様では、ヒータ台の下側のチャンバ壁の周りに、熱シールドが配置される。このシールドは、石英または他の熱分離セラミックで形成されることが好ましく、機械的接触を最小にして壁上に支持される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
不均一性の問題を解消する第１の方法は、縁部の堆積が中心領域のものよりも薄くなることが分かっていることから、ウェーハ１０の周縁部へより多くの処理ガスを流すことである。縁部の堆積をより高くできるシャワーヘッド１２０の第１の実施形態が、図５の平面図に示されている。ウェーハ１０の周辺部を囲む円に、外側の孔１２２の外側のセットが配列されており、これは図２の構造に類似するものである。しかしながら、密度は著しく増大している。２００ｍｍのウェーハでは、各円は、２５０から３００個の孔を含み、すなわち、円周間隔が約１ｍｍとなる。これは、１．２°のオフセットに相当する。２つの円が半径方向に約２．８ｍｍだけ離されている。外側孔１２２の半径方向の内側は、外側孔１２２の内側の円から約２．３ｍｍ内側にある円に配列された中間孔１２４の別のセットである。これらの中間孔１２４の周辺密度は、外側孔１２２の約半分、すなわち、円周間隔が約２ｍｍとなる。中間孔１２４の円内には、最も近い位置にある孔同士の間隔が約４．４ｍｍになるように、六角形状に近接させて詰めた内側孔１２６のアレイが形成されている。この間隔は、内側孔１２４の間隔の約２倍に相当するものである。三角形状に配置された内側孔１２６と円形状に配置された中間孔１２６との間の境界は、機械的完全性を損なわずに、これらの孔を互いに近接させて配置するように手動で選択されるべきである。すべての孔１２２、１２４、１２６は、図６に示されるように、幅広の上部１２８と幅狭の下部１３０のほぼ従来通りの断面を有する。
【００３４】
図５のシャワーヘッド１２０にある孔１２２、１２４、１２６の構造では、外周部にある孔１２２が実質的により高い密度を有し、また、六角形状に近接して詰めこまれた内側孔１２６と円形状に配列された外側孔１２２との間にある孔１２４が中程度の密度を有する。外側から内側への密度の比率は、順に、約３：１および２：１であるが、この実施形態での本発明は、第１の比率が２：１から４：１および第２の比率が１．５：１から３：１のものを含む。
【００３５】
ＴｉＮ堆積で、シャワーヘッド１２０の検査を行った。縁付近に過度の被覆個所の発生が観察された。完璧な均一性がより望ましいものではあるが、僅かに被覆不足個所を生じるよりは僅かに過度の被覆個所を生じる方が望ましい。いずれにしろ、厚みの上下を外見上任意に変化させる処理変形がある。縁部での平均的な堆積が被覆不足であれば、所与の消極的な変形を施して、極めて薄いＴｉＮ膜を形成すると、チップが突発的な完全故障を起こす場合がある。一方で、平均値が過度に被膜されたものであれば、これと同じ所与の消極的な変形を施すと、良好なチップを生じる傾向があり、同等の積極的な変形を施すと、ＴｉまたはＴｉＮ層の厚みが、特性の考慮よりもスループットの考慮によりほとんどが制限されていることから、チップ特性にはあまり変化を生じさせない傾向がある。
【００３６】
ＴｉＮ堆積では、厚みが７から１０μｍのアルミニウムをニッケルめっきして、耐腐食性を備えることが望まれる場合があるが、シャワーヘッド１２０は、ほとんどの場合、コスト面からアルミニウムで形成される。しかしながら、より温度を高くしてＴｉ堆積を実行する場合、ニッケルで被覆しても不十分であり、ニッケル被覆をさらに厚くすると、粒子の供給源にひびが入ることがある。したがって、高温Ｔｉ堆積では、シャワーヘッドは、高価な材料であり機械加工しにくいが、バルクニッケルで形成すべきである。バルクニッケルは、低腐食性の材料であるだけでなく、高温ＰＥＣＶＤ処理の熱循環に対してより高い耐性を備える。フォスター（Ｆｏｓｔｅｒ）は、米国特許第５，６６５，６４０号公報にこのようなニッケル製のシャワーヘッドを開示した。同様に、シャワーヘッド２４の面板の後方にある穿孔したブロッカプレート４０は、高温Ｔｉ堆積では固体ニッケルで形成されるべきである。
【００３７】
シャワーヘッドの図５の実施形態は、図７の平面図に示されたより一般的な実施形態の特定の例であり、この図７には、孔密度Ｎ（ｒ）が、シャワーヘッド１４０の中心から半径の関数として変化し、ここで、Ｎ（ｒ）は単調に増大する関数である。例えば、孔密度は、半径ｒ0の位置の中央ゾーンでは値Ｎ0で均一であり、外側のゾーン１４４、１４６、１４８へと進むにつれて増大する。外側のゾーン１４４、１４６、１４８に対して、値ｒをゾーン内のある中間値として選択すると仮定した場合、この依存関係の一例は線形関数となる。
【００３８】
【数１】
0004511722.tif 000002
Ｎ（ｒ）の例示的な値は、基準となる中央の密度Ｎ0よりも１０％、２０％、および３０％増大する。本発明によりさらに変形を施してもよいが、中央の値から最低変量を１０％と規定してもよい。好ましくは、成膜プロファイルまたはガスの流れパターンのいずれかの実験測定結果により、空間および密度範囲を決定する必要がある。我々の観測によると、このような孔密度の変更は、ウェーハの周辺部から約１５０ｍｍのところで始める必要がある。
【００３９】
このように調整したプロファイルは、例えば、銅ＣＶＤやチタンＣＶＤにおいて、ＣＶＤ前駆体が液体である場合に特に有用であり、この場合、バブラや同様のアトマイザが必要となる。調整した孔のプロファイルを用いると、図１のブロッカプレート４０を省略できる。ブロッカプレートは、非常に均一な圧力を下部キャビティ３０に効果的に供給するが、その代わり高流量インピーダンスが生じる。すなわち、原子化した前駆体は、ブロッカプレートを高圧で通る必要がある。原子化された前駆体は、熱力学的に不安定な状態にあるため、前駆体に高圧をかけると、ブロッカプレート４０の裏側と、バブラへ戻るラインにかなりの堆積が生じてしまう可能性が高くなる。これと対照的に、注意深く孔の分布をプロファイルすると、シャワーヘッドの面板全体の後方で、均一な圧力が不要になり、前駆体を低圧で搬送でき、シャワーヘッドの裏側にほとんど堆積が生じなくなる。
【００４０】
Ｃｕ（Ｉ）としても知られている公知の前駆体ＨＦＡＣ−Ｃｕ−ＴＭＶＳを用いて、約２００℃にウェーハを維持した状態で、熱処理での銅の化学気相堆積にプロファイルした孔密度を適用すると、良好な結果が得られた。この前駆体ガスは、圧力にほぼ線形で比例する速度で銅を堆積する。このプロセスは、ゲラトス等（Ｇｅｌａｔｏｓ  ｅｔ  ａｌ．）による「高度なオンチップ配線の銅化学気相堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｏｐｐｅｒ  ｆｏｒ  ａｄｖａｎｃｅｄ  ｏｎ−ｃｈｉｐ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）」、ＭＲＳ  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、ｖｏｌ．１９、ｎｏ．８、Ａｕｇｕｓｔ  １９９４、ｐｐ．４０から５３に記載されている。これに替わる前駆体およびプロセスが、ドッペルト等（Ｄｏｐｐｅｌｔ  ｅｔ  ａｌ．）による「ＩＣメタライゼーションの銅化学気相成長法：前駆体の化学的性質および分子構造（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｏｐｐｅｒ  ｆｏｒ  ｉｃ  ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ：ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」と題した前述の文献のｐｐ．４１から４８に記載されている。均一なシャワーヘッドパターンと共にブロッカプレートを用いると、ウェーハ上よりも供給チャネルにより多くの銅が堆積することが分かった。孔の円間の一定の半径ギャップに基づいた表１に挙げた分布に従って、２００ｍｍウェーハにプロファイルした円形配列を用いた。
【００４１】
【表１】
0004511722.tif 000003
表に示された孔の密度は、孔の円に中心を合わせたバンド部に基づいたものである。特に内側の円での変動のほとんどは、円内にある数個の孔しか使用していないことから生じる量子化誤差により生じたものである。他の分布は利用可能であり、これらの量子化誤差とは無関係である。
【００４２】
このようにプロファイルした孔分布により、通常の０．４ｍｍの直径と比較して、孔が１．６ｍｍの直径を有する一直線の筒形状で形成でき、さらにブロッカプレートを省略できる。これらの２つの特徴によって空力インピーダンスが低くなるため、銅の前駆体ガスがかなりの低圧で供給可能となる。それにもかかわらず、銅の厚みの均一性が、標準的なシャワーヘッドよりも５％から３％高くなった。
【００４３】
シャワーヘッドの変更は、堆積の均一性を悪化させる熱分布を補償する際に効果的である。しかしながら、より直接的なアプローチは、シャワーヘッドの面板をさらに冷却することによって、これを一定温度に保ち、ウェーハ間の再現性を確実にすることである。シャワーヘッドをさらに良好に熱制御するための１つのアプローチが、図８の断面図と図９の切欠等角図に示されたＴｉ堆積チャンバ１５０に示されており、これらの図の中で、図１のものと類似した部品には共通の番号を付している。ヒータ台１５２は、より浅いもので、垂直移動手段に接続された台ステム１５４に接続されている。ヒータ台１５２のヒータ部分は、高温が要求されるため、セラミックで形成されたものである。セラミックからなることで、熱転移の問題が一部軽減するため、チタンチャンバに熱分離縁リングを用いる必要がなくなる。
【００４４】
金属製のシャワーヘッド１５６が、金属製のガス箱板１６０にねじ締めされた比較的短く上側に延びたリム１５８を有する。図１０の平面図に示す渦巻き型の水路１６２が、ガス箱板１６０の上面に形成され、冷却水カバープレート３４により覆われて密封されている。冷却水カバープレート３４を通る水ポート４８、５０は、図８に示されていないが、水路１６２の端部１６４、１６６をガス箱板１６０の中心部付近に接続する。渦巻き型の水路１６２は、半径方向の水路１７０の内部に戻るまで内側から外側へと進むにつれて、３個のＵ形湾曲部１６８またはＵ形屈曲部を有する概して周辺経路を通るように蛇行状に形成される。
【００４５】
水路１６２は、確実に水の流れが乱流になるくらい十分に狭く、その屈曲部１６８は十分に急なものであるため、ガス箱板１６０のフランジから水路１６２の水まで熱が流れやすくなる。これに対し、凹部状の水路４６は、比較的幅広く屈曲部も急でないため、水が凹部４６のほとんどで層状に流れることになる。層流では、水路の縁付近にある水は、中心部よりもかなりゆっくりと流れる。その結果、冷却水が最も高速に流れる中心部に熱が効果的に転移されない。
【００４６】
図８および図９を再度参照すると、シャワーヘッド１５６の上方に延びるリム１５８は、ガス箱板１６０の底側リム１７２にねじ締めされている。これら両方のリム１５８、１７２の最大サイズは、それらの周囲にあるリッドアイソレータ１７４とそれらの内部にあるシャワーヘッド１５６の下部キャビティ３０との間で調整される。２つの部材１５６、１６０の間をねじで固定することによって、最大のサイズを有する接触領域で確実に良好な熱接触が得られる。熱流域は、リッドアイソレータ１７４の外側（アイソレータ１７４とシャワーヘッド１５６またはガス箱板１６０のいずれかとの間のギャップは除く）から下部キャビティ３０の内側まで延びる。シャワーヘッド１５６の冷却が伝わりにくくなる水冷ガス箱板１６０のフランジとシャワーヘッド１５６との間には、垂直方向に延びるギャップ５４（図１参照）を設けていない。シャワーヘッド２４がリッドアイソレータ６４上に載置される図１の従来技術の構造に対して、ガス箱板１６０の外側フランジは、リッドアイソレータ１７４上に載置される。
【００４７】
このような冷却水路１６２の構造によって、水とガス箱板１６０との間に確実に効率的に熱が転移されるようになり、さらにガス箱板１６０のフランジとシャワーヘッド１７２との間の機械的インターフェースによって、それらの間に確実に効率的に熱が転移される。したがって、シャワーヘッド１７２の冷却が飛躍的に強化される。
【００４８】
シャワーヘッド１５６にある孔１８０の形状を改良して、シャワーヘッド１５６とプラズマ間の熱転移を減少させてもよい。図１１の断面図に示されているように、各孔１８０は、処理領域２６のプラズマと対面する側に幅広の筒状部１８２を含み、底部キャビティ３０と対面するより幅狭の筒状部１８４に接続される。この構造は、図６の基本的な構造とは逆のもので、プラズマに直接露出するシャワーヘッド材料の量を最小にする一方で、シャワーヘッドの裏側の機械強度をより強力にするものである。
【００４９】
図９および図１２に示されているように、チャンバ本体２０上に支持された近接端部とチャンバの中心部上の末端部を有する電圧勾配アセンブリ１９０（出力マニホールドとも呼ばれる）を介して、ガスポート３２にガスが供給され、さらに水ポート４８、５０に対して水の供給のやり取りが行われる。また、電圧勾配アセンブリ１９０は、ＲＦ電力をシャワーヘッド１５６、２００に結合する。ガスパネル、外部ガスラインおよび水冷却器からシャワーヘッド１５６、２００を電気的に絶縁するために、電圧勾配アセンブリ１９０は、ガスおよび水を通して供給するグラファイト管または石英管を含み、シャワーヘッド１７２、２００からの高抵抗管を接地する。
【００５０】
図１２の部分的断面等角図および図１３の断面側面図に示されるように、本発明をＴｉＮチャンバで実行してきた。ＴｉＮチャンバは、ガス箱板３６に形成された渦巻き型の冷却水路６２を含む。このＴｉＮチャンバでは、シャワーヘッド２００が、長い上方に延びるリム２０２と、このリム２０２の上面に取り付けられた幅が広い上方に延びるフランジ２０４を含む。渦巻き型の冷却水路１６２を含むガス箱板２０６が、シャワーヘッドのフランジ２０４上に載置された幅広の上方に延びるフランジ２０８を有することによって、より長い経路での良好な熱接触が得られる。シャワーヘッドのフランジ２０４は、セラミックまたは石英リッドアイソレータ１７４上に載置される。図１２の設計上の利点を図９のものと比較すると、ガスは箱板２０６を通る冷却がより良好になる。図１２のシャワーヘッド２００の材料が一続きであることによって、ＲＦ電力が処理領域２６にさらに効率的に搬送されることになる。
【００５１】
プラズマチタン堆積プロセスおよび窒化チタンプラズマ処理では共に、プラズマをヒータ台の縁部の処理領域２６に閉じ込めて、ポンプチャネル７４内での望ましくないチタンの堆積を最小限に抑えることが重要となる。ＴｉＮとＴｉチャンバで交互に実施される場合、少なくとも２つの方法で閉じ込めを行うことができる。
【００５２】
図１４に最も詳細に示されているように、ＴｉＮチャンバのリッドアイソレータ１７４は、シャワーヘッド２００の底部のレベルで概して内側に延びる概して平坦な底面１７４ａを含む。また、これは外側リップ１７４ｂも含み、この凹形の上側によって、ポンプチャネル７４の横側部分が画成される。外側リップ１７４ｂは、シャワーヘッド２００のレベルから下側に傾斜した下側内面１７４ｃを有し、凹形部分、線形の傾斜部分、およびポンプチャネル７４付近で終了する水平部分１７４ｄを含む。インサートリング８２上に載置された内側シールド８４は、上側に延びる縁８４ａを含み、これによって、アイソレータの水平な下側表面部分１７４ｄの最内領域と共に、処理領域２６からポンプチャネル７４へのガスの流れのチョーク点が規定される。内側シールド８４は、アルミニウムなどの金属で形成されることが好ましいが、インサートリング８２は、アルミナまたは窒化アルミニウムなどのセラミックで形成されることが好ましい。
【００５３】
図では、ヒータ台１４が動作位置よりも少し下がった位置に示されている。プラズマの発生中、ヒータ台１４上に支持されているウェーハ１０の上面は、ウェーハ１０をシャワーヘッド２００から約１／４インチ（６ｍｍ）引き離した位置で、アイソレータの水平下側面部分１７４ｄとほぼ同じ高さにある。これによって、２つの効果が得られる。図示されているように、アイソレータの下側表面１７４ｃの傾斜部分によって、処理領域２６からガスが下側に流れてヒータ台１４の上面の下側に進む。これによって、ポンプチャネル７４内にプラズマが伝播するのを防ぐとされている。また、処理領域２６のプラズマからポンプチャネル内へ一直線の視線がないため、プラズマから出たイオンがポンプチャネル内の表面を直接打つことがなくなる。
【００５４】
図８にも示したヒータ台の縁の領域の拡大図である図１５の断面図に示されているように、ＴｉチャンバとＴｉＮチャンバでのプラズマ封込めは若干異なる。ＴｉＣｌ4処理でのプラズマ発生中、ヒータ台１５２と同様にシャワーヘッド１５６にもＲＦ電力が印加される。ウェーハ領域の外側にあるヒータ台１５２の上側周辺部上に載置された狭い環状壁または縁２１１によって、最内端部上に、図１６のさらに大きな断面図で個々に示した封込リング２１０が支持される。狭い縁２１１は、熱接触を最小限にする。封込リング２１０は、ヒータ台１５２の上方で概して水平であるが、ヒータ台１５２の外側で徐々に下方に傾斜する湾曲上側表面２１２を含む。アイソレータ１７４は、シャワーヘッド１５６を支持するために内側に延びている概して平坦な棚状突起２１６を有する下側の環状ノブ２１４を有しており、処理位置において、約０．１６５インチ（４．２ｍｍ）のほぼ一定のギャップ２１８によって、リングの上側表面２１２の水平部分から間隔をとっている。
【００５５】
封込リング２１０およびリッドアイソレータ１７４は、シャワーヘッド１５６の露出部分のすぐ外側の位置に内側に対面する表面を有し、さらに石英で形成されることによって、電気的に絶縁となり、吸着電荷により処理領域２６にプラズマを閉じ込める。しかしながら、封込リング２１０の内側端部は、ウェーハ１０に非常に近い場所まで延長されて、ヒータ台１５２の他の露出された周辺部を保護してもよい。リッドアイソレータ１７４と封込リング２１０との間にわずかなギャップ２１８を設けることによって、プラズマがポンプチャネル７４へ広がらないようにし、さらにこのギャップが空力チョーク開口として作用して、処理領域３０からポンプチャネル７４への水平の半径方向ポンプが得られる。上述したように、図１２および図１３のＴｉＮチャンバは、同様のリッドアイソレータ１７４を含むが、封込リング２１０を含まない。
【００５６】
アイソレータノブ２１４の外側に延びる部分２２０は、ギャップ２１８のサイズを維持するように、湾曲リング表面２１２にほぼ沿った湾曲下側表面２２０を含む。しかしながら、ギャップ２１８は、処理領域２６とポンプチャネル７４との間に一直線の視野がなくなる程度まで、下側に湾曲する。我々は、湾曲ギャップ２１８によって、処理領域内のプラズマが環状ポンプチャネル内に伝播するのを防ぐことを立証したが、これは湾曲ギャップ２１８の拡散距離が増大するためだと思われる。ポンプチャネル７４から離してプラズマを封じ込めることは、チタンのプラズマ洗浄が困難なため、ＴｉのＣＶＤでは特に重要である。さらに、プラズマを封じ込めることによって、ＴｉのＣＶＤで高温が使用される状態で、ヒータ台１５２の背面側と下側チャンバ部の背面側上にＴｉが堆積しない。封込リング２１０はさらに、プラズマからヒータ台１５２の周辺部を保護するように作用する。
【００５７】
図１３のＴｉＮチャンバにある縁リング９０周辺の領域は、図１７の断面図に示されるように、改良が施されている。図４の上側アイソレータリング１０２は、保持されているが、下側アイソレータリング１０４は、内側の上方に延びる筒状部分２３２と、外側の下方に延びる部分２３４と、接続リング部分２３６とを含むＺ形の環状熱シールド２３０と置き換えたものである。３点支持構造を除いて、熱シールド２３０をギャップで台１４から引き離すことにより、熱分離が得られる。さらに、熱シールド２３０の内側の筒状部分２３２は、ウェーハ１０の周辺部のすぐ下側にあるヒータ台１４に形成された棚状突起９２の内壁２３８を保護し、リング部分２３６は、縁リング９０を収容する棚状突起９２を保護し、さらに外側の筒状部分２３４は、ヒータ台１４の外壁２４０全体を保護する。これにより、アルミニウム製のヒータ台１４は、ウェーハ１０または熱シールド２３０のいずれかによりほぼ完全に遮蔽される。
【００５８】
縁リング９０は、アルミニウムからなるものが好ましく、上側アイソレータリング１０２および熱シールド２３０は、熱伝導性が低い耐腐食性の金属であるステンレス鋼からなるものが好ましい。
【００５９】
大部分の周辺部では、縁リング９０、上側アイソレータ１０２、および熱シールド２３０は、ギャップにより互いに引き離され、さらにヒータ台１４から引き離されて熱分離されるため、シャワーヘッド２００へのヒータ台１４の露出した周辺部から熱の流れが減少する。
【００６０】
縁リング９０の３点支持構造に改良を施したものが、図１８の断面図に示されている。ブッシング２５０が、アイソレータリング１０２に穿通した軸孔内に圧力嵌めされ、アイソレータリング１０２の厚みよりも長い距離を有する。ブッシング２５０の端部がアイソレータリング１０２の上下に延びて、アイソレータリング１０２と、縁リング９０と熱シールド２３０のリング部２３６との間のスペーサとして作用するように圧力嵌めを行う。これによって、図４の設計で行われたように、分離ワッシャが不要になる。３個のヘッド部が平坦なねじ２５２が、熱シールド２３０のリング部２３６にある逆方向のへこみを有する通し孔内に嵌入され、ブッシング２５０の中心孔を自由自在に通り、縁リング９０の上側アーム１０６の底部から延びる底側がテーパ状になった孔２５４内にねじ締めされる。
【００６１】
縁リング９０の底部にある平坦な表面が、局所的なレセス２６０の領域にあるヒータ台１４の周辺部において、軸方向に雌ねじを切ったねじ孔２５８内に通したすりわり付支持ねじ２５８上に自由自在に載置される。３点で支持することにより、ヒータ台１４と縁リング９０との間の熱伝導性が最小になり、３個のねじ２５８が回転自在に調節されることで、縁リング９０の向きを平坦化できる。支持ねじ上に載置された縁リング９０の底面は平坦であることにより、縁リングが半径方向に移動して熱膨張で生じた差を調整できる。
【００６２】
アルミニウム製の縁リング９０は、充電されないように、３個の支持ねじ２６０に関連する１以上の電気ストラップ２６２を介して、ヒータ台１４に電気的に固定接続される。ストラップ２６２は、支持ねじ２５６を通過させる孔を有する内側に延びたタブ２６４を含み、支持ねじ２６０上のボス２６６とヒータ台１４との間に位置付けられている。また、ストラップ２６２は、熱シールドのリング部分２３６にある円周方向のスロット２７０を通る上側に延びるアーム２６８を含む。ストラップアーム２６８の上端に接続された長い第２のタブ２７２が、縁リング９０の外側端部の底部に形成された対応する円周方向のレセス２７４を有する縁リング９０の円周方向に延び、縁リング９０には、レセス２７４と縁リングの外周との間に薄壁２７６が形成されている。明示されていない孔が長い第２のタブ２７２の端近くと接触している。図１３に記載されている固定ねじ２７８が、縁リング９０の壁２７２内に雌ねじを切った貫通孔を通してねじ締めされ、ストラップ２６２のタブ２７２を介して雌ねじを切った孔と選択的に係合することによって、縁リング９０とヒータ台１４との間が電気的に接続される。
【００６３】
ストラップのデザイン、特にその屈曲形状と２つのねじの接続のデザインの利点は、部品の熱循環中に一定の機械的柔軟性を与えることである。
【００６４】
縁リングの組立ては容易で、ヒータ台１４をチャンバから取り外さずに行うことができる。支持ねじ２５６は、ストラップ２６２を捕捉するように、ストラップ２６２の内側タブ２６６にある孔を貫通し、雌ねじを切った台の孔２５８内にねじ締めされる。分離動作では、縁リング９０、アイソレータリング１０２、および熱シールド２３４は、ねじ２５２により互いに固定される。固定ねじ２７８は、縁リング９０の壁２７６に常に残しておき、余分な部品があれば除去することができる。次いで、縁リングアセンブリ９０、１０２、２３０は、ヒータ台１４の上面から延びた支持ねじ２５６と、熱シールド２３０にある孔２７０を通るストラップ２６２の上側アーム２６８まで下降する。次いで、固定ねじ２７８は、ストラップのタブ２７２に固定されて、縁リング９０とヒータ台１４との間に、少し柔軟性はあるが、唯一固定された接続を与える。アルミニウム製の屈曲シートストラップ２６２と縁リング９０自体を除く、縁リング９０に関連するすべての部品は、ステンレス鋼からなるものが好ましい。
【００６５】
図１４に最良に示されているように、アルミニウム製の内側シールドを支持する管状のチャンバインサート８４は、熱シールド２３０の外側円筒状部分２３４のすぐ外側にあるヒータ台１４の縁部を囲むＴｉＮチャンバ本体２０に支持されており、ヒータ台１４と熱シールドの筒状部分２３４との間と、チャンバインサート８４とチャンバ壁２０との間にはギャップが形成されている。これによって、横方向の熱インピーダンスも増大される。したがって、ヒータ台１４および支持されたウェーハ１０を、ヒータ台１４からシャワーヘッド２００またはチャンバ２０への熱の流れが少ない状態で、高温まで加熱することが可能となる。ウェーハ１０とシャワーヘッド２００との間には大きな熱の流れがあるが、ウェーハ１０の表面にわたって均一である。
【００６６】
Ｔｉ−ＣＶＤチャンバに関連する温度は、これまでのＣＶＤチャンバでの温度よりも実質的に高いものである。したがって、ヒータ台の裏側上でも、悪影響を及ぼす熱勾配が生じないように、これまで以上に事前の注意が必要となる。図８に示されているように、石英製の管状チャンバライナ２８０は、ポンプチャネル７４の横側を画定するだけでなく、処理領域２６とポンプチャネル７４との間にさらなるチョーク孔２８２（図１５参照）も部分的に画定する。また、これは、ヒータ台１５２、１５４の下側位置で封込リング２１０を支持する。さらに、図８に最良に示されているように、チャンバライナ２８０はまた、ヒータ台１５２の背面の周辺部を支持する。チャンバライナ２８０は、チャンバ本体２０にある狭い棚状突起２８３上に載置されるが、その他の接触はほとんどないため、熱搬送を最小限に抑える。
【００６７】
チャンバライナ２８０の下側には、不透明な石英製のものが好ましいＺ形の下側チャンバシールド２８４が配置されている。下側チャンバシールド２８４は、アイソレータ２８４の底部で内側に延びるアームの底部上に形成された環状ボス２８６上でチャンバ２０の底部に載置されている。石英を用いるため、ヒータ台１５２の底部とＴｉチャンバ２０との間の放射結合が発生せず、狭いボス２８６を用いることで、チャンバ２０への導電性の熱転移が最小限に抑えられる。テスト結果によると、下側チャンバ熱シールド２８４を用いたことで、ウェーハ１０上により均一な堆積が得られた。下側のチャンバシールド２８４の代替的デザインは、チャンバ２０の内側壁に沿った円錐状の上側部分に接合させた内側に延びた底部リップを含む。このデザインは動作上満足のいく結果を得るものであるが、石英で傾斜形状を製造するにはかなりの高コストがかかる。
【００６８】
また、リフトリング１６は、石英からなるものが好ましく、ヒート台１５２から、リフトピン１８（図１）とリフト管１７を通ってリフトメカニズムへ伝わる熱転移を最小限に抑える。
【００６９】
詳細に記載した２つのリアクタをＴｉおよびＴｉＮの堆積用に設計したが、本発明の多くの態様を、他のプラズマリアクタ、特に、金属や他の材料、例えば、ペロブスカイト酸化物、ポリシリコン、金属ケイ化物、耐熱性窒化物などの高温堆積用のＣＶＤチャンバに適用してもよい。
【００７０】
これらの特徴を単独または組み合わせて用いることで、温度分布をより均一にでき、すなわち、被覆の厚みをより均一にできる。また、これらの特徴のいくつかを用いることによって、メインテナンスが容易になり、多数の部品の摩損が減少する。それでもなお、従来のものから変更が必要な部分は、比較的わずかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  窒化チタンなどの導電材料を堆積させるために強化した従来の化学気相堆積プラズマリアクタの断面図である。
【図２】  図１のリアクタで用いるシャワーヘッド電極の平面図である。
【図３】  ウェーハを支持し、シャワーヘッド電極と真空ポンプチャネルを含むヒータ台の周辺部における図１のリアクタ領域の断面図である。
【図４】  図１のヒータ台の周辺部に配置された熱分離中心合わせリングの等角図である。
【図５】  本発明のシャワーヘッドの第１の実施形態の平面図である。
【図６】  シャワーヘッドの孔の断面図である。
【図７】  本発明のシャワーヘッドの第２の実施形態の平面図である。
【図８】  特にチタン（Ｔｉ）の堆積に適した本発明のＰＥＣＶＤチャンバの断面図である。
【図９】  図８のリアクタの切欠等角図である。
【図１０】  図８のリアクタにおける冷却水路の平面図である。
【図１１】  別の形状のシャワーヘッドの孔の断面図である。
【図１２】  特に窒化チタン（ＴｉＮ）の堆積に適したリアクタの切欠等角図である。
【図１３】  図１２のリアクタの断面図である。
【図１４】  台の縁周りにおける図１３のリアクタの一部を拡大した断面図である。
【図１５】  図８のＴｉチャンバにおける湾曲したプラズマチョーク領域の断面図である。
【図１６】  図１５のプラズマ封込リングの断面図である。
【図１７】  図１２および図１３のＴｉＮチャンバにおける改良形縁リングの断面図である。
【図１８】  支持構造を示す図１７の縁リングの断面図である。
【符号の説明】
１０  ウェーハ
２６  処理領域
９０、１０２、２３０  縁リングアセンブリ
１６２  冷却水路
１７４  アイソレータ
２００  シャワーヘッド
２３０  熱シールド
【図１】
0004511722.tif 000004
【図２】
0004511722.tif 000005
【図４】
0004511722.tif 000006
【図３】
0004511722.tif 000007
【図５】
0004511722.tif 000008
【図６】
0004511722.tif 000009
【図１１】
0004511722.tif 000010
【図７】
0004511722.tif 000011
【図８】
0004511722.tif 000012
【図９】
0004511722.tif 000013
【図１０】
0004511722.tif 000014
【図１２】
0004511722.tif 000015
【図１３】
0004511722.tif 000016
【図１４】
0004511722.tif 000017
【図１５】
0004511722.tif 000018
【図１６】
0004511722.tif 000019
【図１７】
0004511722.tif 000020
【図１８】
0004511722.tif 000021